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从“观象授时”说起

上下四方曰宇,古往今来曰宙。请随我们进入“时间”的故事。
现代社会，人们在日常生活中如果需要知道时间，都会下意识的看看手机或者电脑上的时间。那古人没有手机、没有网络，怎么获取时间呢？
古人获取时间的方法，要从“观象授时”说起。即通过观测日月星辰的天象运转来确定时间。
从“观象授时”说起
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图1. 北京古观象台（图源：北京天文馆）
我国授时的概念最早出现在《尚书·尧典》中“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授民时”。
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图2. 《尚书·尧典》的记录（图源：作者）
春夏秋冬四季的轮回转变产生了“年”的概念，月亮的阴晴圆缺产生了“月”的概念，太阳的东升西落产生了“日”的概念。
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图3. 月相的变化（图源：作者）
古人又将一日分为了十二个时辰，通过立杆测影，杆影每个时辰（2小时）移动30°，对应太阳每个时辰在天空中西移30°。所以看见太阳的位置，就可以确定时间，这也就是日晷的原理。每天正午日影的长度，也是不同的。日影最长的一天定为冬至日，日影最短的一天为夏至日，冬夏二至中点则为春分、秋分。
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图4. 正午时的日晷（图源：作者）
当负责通报时辰的工作人员，通过日晷知道了时辰，如何让老百姓也知道现在是什么时候？应当劳作，还是宵禁？ 我国古人想到的办法是晨钟暮鼓。在钟鼓楼，晨钟暮鼓报时。早上敲钟，城门打开，开始劳作。晚上击鼓，宵禁开始，禁止随意走动。
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图5. 报时钟鼓楼（图源：作者）
清末民国初年，随着城市的发展，晨钟暮鼓的声音已经不能很好的覆盖全城，这时候出现了午炮报时。北京德胜门东侧的城墙上有一座炮台，用来报时的“午炮”就架在那里。
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图6. 夜晚北京的德胜门城楼（图源：网络）
炮台有电话与北京观象台连通。每当快到中午时，两个值班人员分工合作，一人守在电话旁，听电话里传来的指令，另一人则揭开炮衣，装好炮药，手持点燃的长香，站在炮位上静候指令下达。收到北京观象台通过电话发来的指令，炮台上的人就马上点燃炮药。午炮发出的轰鸣声响彻大街小巷时，人们就知道：现在是中午12点，赶忙对表矫正时间。
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图7. 德胜门城楼上的古炮（图源：网络）
当中国人正在使用午炮报时的时候，欧洲人开发出另外一种落球的报时方式。最先进行落球报时的，是英国伦敦的格林尼治天文台。每天13点整，天文台钟楼顶端的圆球准时落下，附近海域停泊的船只据此调节船上的钟表，然后带着调好的钟表升帆出海。
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图8. 格林尼治天文台红色落球报时（图源：作者）
进入现代后，随着工业革命的开始，人们对时间精度的要求越来越高，随着科技的进步，人们逐步使用电信号进行授时。 1902年，法国首先在巴黎艾菲尔铁塔顶层进行试验，发播长波无线电时号，呼号是FL，这次试验取得了成功。接着，德、英、美等国相继试验，收到良好效果。于是，一个崭新的无线电授时时代开启了。
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图9. 通过艾菲尔铁塔发射授时信号（图源：作者）
我国主要在运行的无线电授时系统，有呼号为BPM的短波授时系统，呼号为BPL的长波授时系统，以及呼号为BPC的低频时码授时系统。
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图10. BPM的授时精度为毫秒量级，信号覆盖半径超过3000公里（图源：作者）
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图11. BPL的授时精度为微秒量级，信号覆盖半径超过1000公里。图中的BPL长波授时台模型彩车在1984年国庆35周年庆祝游行时通过天安门广场，接受党、国家领导人和全国人民检阅（图源：作者）
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